Visin

La Siguiente Generacin de Computacin Grfica y Desarrollo de Video Juegos Orientados a Realidad Virtual Por Ricardo Illescas

Universidad Peruana Unin

OCULUS RIFT

Monografa:La Siguiente Generacin de Computacin Grfica y Desarrollo de Video Juegos Orientados a Realidad Virtual.Autor: Ricardo Illescas Meza

Fecha:09 de abril de 2015

1. Realidad VirtualLa realidad virtual es un entorno de escenas u objetos de apariencia real, generado mediante tecnologa informtica, que crea en el usuario la sensacin de estar inmerso en l. Dicho entorno es contemplado por el usuario a travs normalmente de un dispositivo conocido como gafas o casco de realidad virtual. Este puede ir acompaado de otros dispositivos, como guantes o trajes especiales, que permiten una mayor interaccin con el entorno as como la percepcin de diferentes estmulos que intensifican la sensacin de realidad.La aplicacin de la realidad virtual, aunque centrada inicialmente en el terreno del entretenimiento y de los videojuegos, se ha extendido a otros muchos campos, como la medicina, la arqueologa, la creacin artstica, el entrenamiento militar o las simulaciones de vuelo.1.1 VirtualidadLa virtualidad establece una nueva forma de relacin entre el uso de las coordenadas de espacio y de tiempo, supera las barreras espaciotemporales y configura un entorno en el que la informacin y la comunicacin se nos muestran accesibles desde perspectivas hasta ahora desconocidas al menos en cuanto a su volumen y posibilidades. La realidad virtual permite la generacin de entornos de interaccin que separen la necesidad de compartir el espacio-tiempo, facilitando en este caso nuevos contextos de intercambio y comunicacin.

Autores como Lvy, han sealado la existencia de diferentes niveles de virtualidad en su relacin con la dimensin bidimensional/tridimensional y su relacin con la realidad. Yendo desde un continuo que comienza con una menor virtualidad de aquellos aspectos que nos alejan de la realidad o que categorizamos a priori como claramente imaginarios o ilusorios, aumentando con lo bidimensional, hasta las posibilidades que ofrece la tridimensionalidad en su relacin de semejanza o analoga con lo real.

2. Realidad Virtual en la Computacin Grafica

Hoy por hoy la Computacin Grfica e Interaccin investiga y desarrolla aplicaciones innovadoras que hacen uso de tecnologas avanzadas de realidad virtual, realidad aumentada y reconstruccin 3D en tiempo real, con objeto de mejorar la interaccin persona-ordenador a travs de experiencias ms naturales, y la comprensin de los contenidos y servicios de las aplicaciones mediante simulaciones interactivas y colaborativas.

A lo largo de estos aos, este enfoque ha tomado un fuerte carcter multisectorial, desarrollando proyectos para mbitos tan diversos como el eLearning, eCommerce, personalizacin para diseo y moda, plataformas para teletrabajo, arquitectura y construccin etc. pero siempre desde el enfoque de la aplicacin de tecnologas 3D y de realidad aumentada avanzadas.

De esta forma, las lneas estratgicas que con llevan se enfocan en la investigacin de aplicaciones para simulacin interactiva sobre equipos de altas prestaciones. Adems, el roadmap tecnolgico tambin est intrnsecamente relacionado con conceptos como la Future Media Internet o la integracin de elementos avanzados de realidad virtual y aumentada, as como con nuevas tendencias internacionales como el Business Information Modelling BIM para la construccin o SCORM en casos de Learning.

A nivel tecnolgico, abarca todo el ciclo de vida del desarrollo de una aplicacin basada en grficos 3D, realidad virtual y aumentada, enfocndose en la investigacin e implementacin de tcnicas y algoritmos de grficos de bajo nivel en unos casos, o partiendo de tecnologa base existente y dando a sta valor para su aplicacin en el tejido industrial.

2.1. Caractersticas que abarca

Interaccin avanzada en simulaciones 3D Realidad mixta y aumentada Reconstruccin 3D Interaccin emocional Inteligencia artificial Desarrollos 3D multidispositivo Modelado y animacin hiperrealista de humanoides, escenarios y objetos Interaccin persona-ordenador adaptativa Estndares para 3D e interaccin

2.2. Campos de Aplicacin

Sistemas virtuales 3D compatibles con BIM Aplicaciones de realidad aumentada y disminuida Catlogos web 3D Configuradores fotorrealistas Tutores virtuales Mundos virtuales 3D colaborativos para aprendizaje Entornos 3D para teletrabajo Simulaciones hiperrealistas

2.3. Productos

2.3.1. Cascos o gafas Oculus Rift: aparato de realidad virtual para usos tanto ldicos como profesionales, desarrollado por la empresa Oculus VR (adquirida por Facebook en 2014). Est en fase de desarrollo pero se puede comprar su modelo experimental. Funciona conectado a un ordenador, donde se ejecuta el software, lo que le permite aprovechar toda la potencia de aquel para su recreacin del mundo virtual. Samsung Gear VR: aparato de realidad virtual desarrollado por Samsung en colaboracin con Oculus VR. A diferencia del anterior, no incluye pantalla, sino que es mayormente una carcasa, con algunos botones y un sensor avanzado de movimiento, concebida para colocar en ella un telfono de la propia Samsung que har las funciones de pantalla y de procesador informtico. Project Morpheus: casco de realidad virtual actualmente en desarrollo por Sony. Est diseado para ser plenamente funcional con la consola Playstation 4. Google Cardboard: carcasa de cartn destinada a poder experimentar la realidad virtual a nivel domstico colocando en ella un smartphone. Microsoft HoloLens: gafas de realidad aumentada en desarrollo por Microsoft dentro de su plataforma Windows Holographic. Presentadas al pblico en 2015. HTC Vive: proyecto conjunto de Valve y HTC, actualmente en desarrollo, de un HMD con una resolucin anunciada de 1080x1200 para cada ojo y ms de 70 sensores de posicin y orientacin. Virtual Boy: consola lanzada por Nintendo en 1995 que inclua unas gafas monocromas que reproducan un entorno 3D, precursora por tanto de la realidad virtual. Su fracaso comercial la hizo desaparecer del mercado al ao siguiente de su lanzamiento.

2.3.2. Perifricos Virtuix Omni: accesorio perifrico para el Oculus Rift, consistente en una plataforma omnidireccional sobre la que el usuario puede caminar sin moverse del sitio. Cyberith Virtualizer: otra plataforma omnidireccional, similar a la anterior, desarrollada por una empresa austriaca. Leap Motion: accesorio consistente en un sensor que percibe a distancia los movimientos de la mano, convirtindola as en un dispositivo de entrada (un controlador). STEM System: sistema para la deteccin inalmbrica de los movimientos corporales, desarrollado por la empresa Sixense. Supone una ampliacin sobre el controlador Razer Hydra, del mismo fabricante.2.3.3. Otros sistemas Sistemas CAVE (Cave automatic virtual environment): son una tecnologa que crea un entorno de realidad virtual en una habitacin con forma de cubo, en cuyas paredes se proyectan las imgenes. El usuario, situado en el centro del cubo, observa las imgenes a su alrededor con unas gafas 3D para tener sensacin de profundidad. El sonido se genera con altavoces situados en distintos puntos de la habitacin. Estos sistemas existen desde los aos 1990.

3. OCULUS RIFTEs un casco de realidad virtual siendo la siguiente generacin para la computacin grafica que est siendo desarrollado por Oculus VR. Durante su periodo como compaa independiente, Oculus VR ha invertido 91 millones de dlares para el desarrollo de Oculus Rift. La versin para el consumidor est prevista para 2015.

3.1. HistoriaEl fundador de Oculus, Palmer Luckey, fue ganando reputacin por tener la mayor coleccin personal de head-mounted display en el mundo. Desde hace muchos aos ha estado ejerciendo de moderador en Meant to be Seen 3D (MTBS3D), unos foros de debate sobre 3D. Palmer desarroll la idea de crear un nuevo head-mounted display que fuera ms efectivo que los que estn actualmente en el mercado, adems de ms econmicos para los gamers. Casualmente, John Carmack estuvo haciendo su propia investigacin al mismo tiempo que Palmer llevaba a cabo su desarrollo. Ms tarde, Carmack creara una versin de muestra que favorecera el prototipo de Luckey. Paralelamente, justo antes de la Electronic Entertainment Expo del 2012, Id Software anunci que su futura actualizacin de Doom 3, que sera conocida como BFG Edition, sera compatible con las unidades de head-mounted display.4 Durante la convencin, Carmack present un head-mounted display sujeto con cinta adhesiva basada en el prototipo del Oculus Rift de Palmer, el cual funcionaba con el software de Carmack. Este tena una alta velocidad IMU y una pantalla LCD de 5.6 pulgadas ( 14cm ) visible a travs de unas lentes duales que estaban posicionadas encima de los ojos. De esta forma, provea una visin horizontal de 90 grados y una vertical de 110 grados en una perspectiva 3D estereoscpica. El 25 de marzo de 2014, Facebook anunci que haba acordado comprar Oculus VR por 400 millones de dlares en efectivo, 1.6 billones en valores de Facebook y unos 300 millones adicionales a Oculus VR. Este ser utilizado para el cumplimiento de ciertos objetivos financieros en una transaccin que se espera que finalice en el segundo trimestre de 2014.

3.2. VersionesOculus Rift cuenta con dos versiones, ambas diseadas para desarrolladores. Son conocidas por por las siglas DK o "Development Kit" (Kit de desarrollo) y el nmero de versin correspondiente.

3.2.1. Versin de desarrollo:El Development Kit 1, tambin llamado DK1, fue enviado a aquellos que respaldaron el proyecto de Kickstarter con 300 dlares o ms, y a aquellos que lo compraron por el mismo precio una vez fundado el proyecto. Fue retirado del mercado en marzo de 2014, das antes de la presentacin del segundo kit de desarrollo o DK2.

El primer prototipo del dispositivo utilizaba una pantalla de 5,6 pulgadas, pero despus del xito en Kickstarter, Oculus decidi que, como el panel de 5,6 no estaba disponible en suficientes cantidades, cambiara su diseo para utilizar una nueva pantalla de 7 pulgadas, lo que hizo que el DK1 fuera algo ms voluminoso que los primeros prototipos.

El tiempo de refresco de pxeles de este nuevo panel es mucho ms rpido, lo que reduce la latencia y el desenfoque de movimiento al girar la cabeza de una forma rpida. La pantalla LCD es ms brillante y la profundidad de color es 24 bits por pxel. La pantalla de 7 pulgadas tambin hace que el 3D estereoscpico ya no tenga superposicin de 100%, el ojo izquierdo ve rea adicional a la izquierda y el ojo derecho ve rea adicional a la derecha. Esto imita la visin humana normal.

El campo de visin es de ms de 90 grados horizontales (110 grados en diagonal), que es ms del doble del campo de visin de la mayora de los dispositivos de la competencia, y es la fuerza principal del dispositivo. Est destinado a cubrir casi todo el campo visual del usuario de vista, para crear un fuerte sentido de la inmersin. La resolucin es de 1280 800 (Con relacin de aspecto 16:10), que conduce a un efectivo de 640 800 por ojo (Con relacin de aspecto 4:5). Sin embargo, el DK1 no cuenta con un 100% de coincidencia entre los ojos, la resolucin horizontal combinado es efectivamente superior a 640. La imagen para cada ojo se muestra en el panel como una imagen tipo cojn que se corrige a continuacin, por las lentes en el visor para la generacin de una imagen esfrica-asignada para cada ojo. Se espera que la resolucin del Oculus Rift aumente a 2560 1440 para la versin final al consumidor. A esto hay que sumarle la prdida de resolucin visible al no aprovechar toda la pantalla y al ampliar la imagen con las pticas.

Los prototipos iniciales utilizaron un rastreador de movimiento de cabeza Hillcrest 3DOF que normalmente es de 120 Hz, con un firmware especial que John Carmack pidi, que lo hace funcionar a 250 Hz, la velocidad de latencia es importante debido a la dependencia del realismo de la realidad virtual en el tiempo de respuesta. La ltima versin incluye el nuevo Rastreador Reality funcionando a 1000 Hz de Oculus que permitir el seguimiento de latencia mucho ms baja que casi cualquier otro rastreador. Utiliza una combinacin de giroscopios de 3 ejes, acelermetros y magnetmetros, que lo hacen capaz rastrear el movimiento y posicin en relacin a la tierra.

El peso del visor es de aproximadamente 379 g (un aumento de alrededor de 90 gramos, debido al aumento de tamao de la pantalla) y no incluye auriculares. El visor dispone de un dial de cada lado, el cual se puede activar con un destornillador, que permite ajustar cada pantalla se mueva ms cerca o ms lejos de los ojos. El kit de desarrollo tambin incluye lentes intercambiables que permitan la sencilla correccin de distrofias. El ajuste de la distancia entre cada ojo se hace por software, aunque dada su gran angulo de salida, esto no debera ser un problema grave con el Rift.

La versin DK1 tiene entradas DVI y HDMI en la caja de control, e incluye un cable DVI, dos cables HDMI y un adaptador de DVI a HDMI. La interfaz USB se utiliza para enviar datos de seguimiento a la mquina servidor y encender el dispositivo, lo que podra evitar la necesidad de una fuente de alimentacin externa. Sin embargo, ya que sus requerimientos de energa superan ligeramente la clasificacin de USB, vendr con un adaptador de corriente que opcionalmente se puede utilizar para conectar la caja de control a una toma de corriente para los equipos que no proporcionan suficiente potencia USB.

3.2.2. Versin del ConsumidorLa versin de Oculus Rift para el consumidor est actualmente en desarrollo. Esta ser dirigida para el comercio en general y la mejora de las caractersticas de sus componentes. Mejora en el seguimiento de la cabeza del usuario, posicional, mayor resolucin y wireless son algunas de las que han sido tomadas en consideracin para esta versin.En junio de 2013, una versin a 1080p fue mostrada en el E3.12 Un ao despus, enero de 2014, se dio a conocer una actualizacin llamada "Cristal Cove" en el Consumer Electronics Show. Esta usa una persistencia de la visin sobre una pantalla OLED e incluye un nuevo sistema de seguimiento del movimiento que usa una cmara externa, la cual hace un rastreo de puntos localizados en el casco. El nuevo sistema de seguimiento de movimiento permite detectar acciones, as como inclinarse o agacharse, lo cual ahora ayuda a evitar experiencias de mareo sufridas por los usuarios, cuando antes el software no responda a dichas acciones. El 30 de abril de 2014, Bussines Insider mostr un artculo donde afirmaba que la versin para el consumidor de Oculus Rift sera lanzada en 2015, basada en una cita parcial atribuida a la "Administracin en Oculus VR." La cita en cuestin indicaba que la compaa estara "decepcionada" si Oculus Rift no se llegara a lanzar comercialmente antes de 2016. Este artculo ha sido usado de referencia en muchas otras fuentes como informacin oficial para fijar la fecha de lanzamiento en 2015, pero los representantes de Oculus aseguran que dicha fecha an no ha sido anunciada.3.3. SoftwareLos juegos y sus plataformas deben ser diseados especficamente para funcionar correctamente con Oculus Rift. Para ello, Oculus ha creado un kit de desarrollo de software ( SDK ) para ayudar a los desarrolladores con la integracin de Oculus Rift en sus juegos. Este incluye cdigo, ejemplos y documentacin. La integracin de Oculus Rift en los juegos empezar con los PC y Smartphones, seguido ms adelante por las consolas. Desde su inicio, muchos desarrolladores han estado trabajando en su integracin.21 Algunos ttulos pueden ser jugables gracias al cdigo abierto: Vireio Perception VR Drivers.22

Team Fortress 2 fue el primer videojuego donde se aadi soporte para el Oculus Rift, y actualmente est disponible para jugar con el kit de desarrollo de Oculus Rift mediante el uso de una opcin en la lnea de comandos. El segundo ttulo para apoyar el Oculus Rift fue la versin solo para Oculus del Museum of the Microstar, lanzado en abril de 2013. Half-Life 2 fue el tercero, y Hawken el cuarto. Oculus utiliz este ltimo en la demo del Rift en la GDC.

Otros juegos que cuentan con soporte total o parcial para esta plataforma son: Left 4 Dead, Skyrim, Portal 2, Half Life 2, y Bioshock.23

Cabe sealar que muchos de los juegos actuales no se traducen bien a VR debido al uso de caractersticas tales como HUD, escenas cinemticas, mens, secciones en tercera persona, velocidades de movimiento rpido, no ser capaz de ver el propio cuerpo, etc.

El primer videojuego espaol nativo para Oculus Rift fue Atfens VR24 creado desde 0 para esta plataforma de la mano de un equipo de desarrollo cataln.

3.3.1 Kit de desarrollo de softwareUn kit de desarrollo de software o SDK (siglas en ingls de software development kit) es generalmente un conjunto de herramientas de desarrollo de software que le permite al programador crear aplicaciones para un sistema concreto, por ejemplo ciertos paquetes de software, frameworks, plataformas de hardware, computadoras, videoconsolas, sistemas operativos, etc.

Es algo tan sencillo como una interfaz de programacin de aplicaciones o API (del ingls application programing interface) creada para permitir el uso de cierto lenguaje de programacin, o puede, tambin, incluir hardware sofisticado para comunicarse con un determinado sistema embebido. Las herramientas ms comunes incluyen soporte para la deteccin de errores de programacin como un entorno de desarrollo integrado o IDE (del ingls Integrated Development Environment) y otras utilidades. Los SDK frecuentemente incluyen, tambin, cdigos de ejemplo y notas tcnicas de soporte u otra documentacin de soporte para ayudar a clarificar ciertos puntos del material de referencia primario.

3.4. PANTALLA OLED

La gran estrella del Oculus Rift DK2 es la nueva pantalla Super AMOLED fabricada por Samsung, de hecho Oculus la ha tomado prestada del Galaxy Note 3. Dicha pantalla tiene una matriz Pentile de 1920x1080 pxeles y una frecuencia de refresco de 60, 73 o 75 Hz. Dependiendo de la velocidad de refresco utilizada, la persistencia ser completa, de 3 ms o de 2 ms respectivamente. La famosa baja persistencia de la que tanto se ha hablado en los ltimos meses funciona a 73 o a 75 Hz, y consiste sencillamente en que los pxeles se iluminan durante un breve periodo de tiempo (2 o 3 ms, segn la frecuencia elegida) y a continuacin vuelven a negro. De esa forma se elimina el molesto efecto blur que conocemos muy bien los que tenemos un DK1. Una solucin realmente ingeniosa que Oculus aprendi de los experimentos de realidad virtual de Valve.

3.5. ActualidadHace unos das os contamos que Facebook haba vuelto a salir de compras, para hacerse con una de las compaas ms interesantes del momento: Oculus RV, responsable del desarrollo de las gafas de realidad virtual Oculus Rift.Facebook consigue por 2.000 millones de dlares una tecnologa capaz de proporcionar a los usuarios una experiencia inmersiva en el mundo de los videojuegos, el cine o la televisin y promete convertirse en una de las grandes tecnologas del futuro.Todava no est claro de qu forma aplicar Facebook la nueva tecnologa o si saltar de la red social a otros campos. Lo que s es cierto es que cada vez son ms, las universidades y centros de investigacin que dedican parte de su atencin a las tecnologas de realidad virtual, que parecen estar viviendo una segunda poca dorada, despus de los primeros experimentos de los aos 90.U-tad por ejemplo imparte entre sus titulaciones el Mster Universitario en Computacin grfica y simulacin, que cuenta con proyectos vinculados al desarrollo de esta tecnologa.Este Mster Universitario permite a sus alumnos aprender las tcnicas computacionales y de la fsica para la simulacin de procesos y fenmenos completos modelados por ordenador. Dispositivos Hardware y Desarrollo e integracin de soluciones de realidad virtual son las asignaturas a travs de las cuales los alumnos de este Mster, aprenden a entender los requisitos necesarios para llevar a cabo sistemas para la representacin, interaccin e inmersividad del usuario en plataformas de realidad virtual.Adems, y como parte fundamental de aplicacin de los conocimientos adquiridos, varios alumnos del Mster van a poner en prctica todo lo aprendido de la mano de la compaa Next Limit Technologies, especializada en el desarrollo de software y cuyo Fundador y CEO, Vctor Gonzlez, es tambin Co-director del Mster Universitario.La tecnologa Oculus Rift supone una revolucin en el mercado del videojuego y en la forma de jugar por su amplio ngulo de visin, capacidad estereoscpica y de seguimiento declara Laura Raya, Co-directora del Mster Universitario en Computacin grfica y simulacin. Adems, aade: Los alumnos de este Mster se preparan para trabajar en campos como la simulacin y desarrollo de aplicaciones que exploten las caractersticas de la realidad virtual como videojuegos, ingeniera civil o entrenamiento mdico, entre otras.

4. Conclusiones

En lo que aplicaciones de computacin grafica para realidad virtual no hay duda que el DK2 es un enorme paso adelante respecto a su predecesor, eso nadie puede dudarlo. Oculus ha mejorado el Rift a nivel de construccin y de prestaciones, y ha aadido nuevas caractersticas que acercan un poco ms la realidad virtual de consumo al gran pblico. Y por el momento es todo lo que tenemos, ya que aunque las especificaciones de la versin comercial se supone que estn cerradas y Oculus afirma tener algn prototipo funcional, por ahora es algo que no han mostrado al pblico, pero si el DK2 es el escaln en el que se van a apoyar para su construccin, las perspectivas son realmente halageas. Las grandes mejoras aportadas por el panel OLED (1080p, 75 Hz y baja persistencia) sumadas a la cmara externa que aade nuestra posicin absoluta son algo ms que granitos de arena para la consecucin de este sueo llamado realidad virtual. No obstante, hay que ser rigurosos y reconocer que no esperbamos el problema del sangrado ni de la aberracin cromtica. Confiamos en que ambos se puedan resolver mediante software, pero en cualquier caso no nos parece que vayan a suponer un serio obstculo para los miles de desarrolladores que preparan aplicaciones, juegos y experiencias que estarn listos cuando la versin comercial haga su desembarco, probablemente en 2015. Al igual que ocurri con el DK1, tambin son muchos los entusiastas que se han hecho con un DK2, por curiosidad o simplemente por pura ansiedad, por echar un vistazo anticipado a lo que est por venir. Quien se encuentre en este grupo y se est planteando su compra debe ser plenamente consciente de los inconvenientes a los que se va a enfrentar. Despus de una semana con l, creemos sinceramente que Oculus podra haber dedicado algo ms de tiempo a pulir el SDK y el runtime que se instala en nuestro sistema, ya que son muchos los usuarios que tienen problemas y conflictos con otros dispositivos. Sin ir ms lejos, Oculus reconoca posibles incompatibilidades con dispositivos tan habituales como mandos inalmbricos de Xbox 360 o teclados Logitech. Lo que resulta ms sorprendente es que las runtime 0.4 estn dando problemas a algunos usuarios, hasta el punto de no reconocer el Rift ni la cmara, y ha sido un usuario particular quien ha publicado en los foros oficiales de Oculus un parche para el servicio que soluciona estos problemas (y es algo que hemos podido comprobar de primera mano en nuestro staff). Tambin se ha dado el caso de algunos DK2 que no han salido configurados correctamente desde la fbrica y que no tendrn ms remedio que ser reemplazados, tal y como confirma el community manager de Oculus en el mismo hilo (si recibs el mensaje "Make sure that the bundle adjustment has been performed correctly", lo sentimos mucho por vosotros). Aunque dentro de poco todo esto quedar en una mera ancdota, es una perfecta muestra de lo que supone adquirir un producto no destinado al usuario final.

Felicitamos a Oculus por el gran trabajo realizado a nivel de hardware, aunque se les haya escapado el detalle de los reflejos, y por haber cumplido (ms o menos) los plazos de entrega previstos, pero le damos un pequeo tirn de orejas por el estado en el que ha llegado el software y los problemas con que se estn encontrando algunos compradores. Aunque estamos convencidos de que, en cuestin de semanas, la mayora de los problemas estarn resueltos y la maquinaria de las experiencias de realidad virtual, esa gran comunidad formada por Oculus, desarrolladores y entusiastas, estar funcionando a pleno rendimiento.

5. Fuentes https://www.oculus.com/ realidad virtual - Diego Levis VIRTUAL THEATRES: AN INTRODUCTION GABRIELLA GIANNACHI www.u-tad.com